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Desarrollan sistema eficiente para modificar genéticamente el trigo (y libre de patente)


Investigadores del Reino Unido presentaron el mejor sistema de transformación genética en trigo (hasta el momento), el cultivo más complejo de modificar debido a su enorme y altamente repetitivo genoma. Además, el protocolo es de código abierto para ser usado por cualquier otro investigador.


FoodIngredientsFirst / 4 de noviembre de 2019.- Investigadores del Centro John Innes (JIC) con sede en el Reino Unido han desarrollado un sistema de transformación genética mediado por Agrobacterium reproducible de código abierto para el cultivo de trigo de primavera “Fielder” (Triticum aestivum L.). Si bien la eficiencia de transformación para el trigo ha languidecido alrededor del 5% durante muchos años a pesar de su importancia global, el nuevo sistema puede generar eficiencias de hasta el 25% de las que generalmente se logran utilizando sistemas comparables.

“Sabíamos desde el principio que iba a ser difícil desarrollar y optimizar un protocolo de transformación de trigo. Lo tomamos paso a paso, planificando nuestros próximos experimentos a partir de los resultados de los anteriores. Lo que ha sido sorprendente es la demanda de transformación de trigo por parte de la comunidad investigadora. El laboratorio de transformación BRACT, aquí en JIC, ofrece la transformación del trigo como un servicio a los investigadores y mantener el ritmo de la demanda es un desafío”, dijo el Dr. Sadiye Hayta, Científico Postdoctoral en JIC y autor principal del estudio.

Impacto en la industria alimentaria

Si bien el trigo sigue siendo el más difícil de todos los cultivos principales para modificar genéticamente, no es menos que un alimento básico para alimentar a una población mundial en constante crecimiento. El trigo se cultiva en más superficie que cualquier otro cultivo comercial, con una producción global de 700 millones de toneladas métricas, según datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO).

Aunque los alimentos y cultivos genéticamente modificados (OGMs o transgénicos) a menudo enfrentan regulaciones y leyes estrictas, el Dr. Hayta predice que su proceso de transformación de trigo puede afectar indirectamente a la industria alimentaria. Sus descubrimientos se pueden usar en los sistemas tradicionales de mejoramiento de trigo para producir variedades de trigo con mejor rendimiento, por ejemplo, exhibiendo más resistencia a enfermedades y sequías o mayores rendimientos durante condiciones adversas de crecimiento. Esto último se está volviendo cada vez más crítico debido al rápido inicio del cambio climático y el aumento de la población mundial.

El estudio del JIC, publicado en la revista Plant Methods, es el producto de seis años de investigación. Reveló un sistema de transformación mediado por Agrobacterium optimizado y reproducible para el cultivar de trigo de primavera “Fielder” que produce eficiencias de transformación de hasta un 25%. Algunos de los factores más importantes que influyen en la eficiencia de la transformación incluyen el material donante, pretratamiento por centrifugación, tipo de vector y casete de selección.

Después de cinco semanas creciendo en placas de Petri, los embriones de trigo regeneraron brotes con raíces visiblemente fuertes. El sistema de transformación altamente eficiente y repetible para el trigo ya se ha utilizado para introducir genes de interés y para la edición del genoma basado en CRISPR-Cas9.

Difícil de transformar

El genoma del trigo es extremadamente complejo, 5 veces más grande que el genoma humano, dice el Dr. Hayta. Los métodos reportados en la literatura sobre transformación de trigo permanecieron alrededor del 5% durante muchos años. Esto se debe a las características genéticas del trigo, tanto a su genoma grande y complejo como a su renuencia a regenerarse a través del cultivo de tejidos.

Si un embrión de trigo seleccionado es demasiado pequeño, puede regenerarse bien en plantas, pero transferir menos ADN. Viceversa, los embriones ligeramente más maduros aceptan bien el ADN pero no se regeneran también. Encontrar el punto óptimo dentro de la selección de embriones sigue siendo un desafío difícil. A veces, a los investigadores se les presentó una oportunidad de solo unos días para seleccionar los embriones de trigo correctos.

Dada su complejidad genética y su estrecha ventana de oportunidad para transformarse, el Dr. Hayta llama al trigo “el santo grial” en términos de transformación. “Con algunas plantas como la cebada, hay más margen de maniobra, por ejemplo, son más indulgentes en el cultivo”, señala el Dr. Hayta. Sin embargo, el trigo sigue siendo un desafío particular en el espacio de transformación de cultivos.

“A través de nuestra investigación, hemos tratado de abordar muchos de estos factores limitantes para producir un sistema de transformación de trigo eficiente y reproducible para la comunidad de investigación del trigo. En nuestro estudio, describimos meticulosamente las condiciones exactas de crecimiento de las plantas donantes y explicamos con mucho detalle la etapa de crecimiento y el tamaño del embrión para seleccionar. También incluimos imágenes detalladas y un pequeño video para ayudar a los investigadores de trigo ”, explica el Dr. Hayta.

La transformación del trigo también abre el camino para nuevas tecnologías de edición del genoma basadas en CRISPR/Cas. Estas tecnologías de edición del genoma se basan en la transformación para introducir ediciones muy precisas en el genoma de la planta. Las tecnologías de edición del genoma permiten que el obtentor o desarrollador logre las características deseadas mientras elimina años del proceso de mejoramiento tradicional. El primer cultivo editado genéticamente, una Brassica, fue lanzado en los Estados Unidos a principios de este año, dice el Dr. Hayta.

Más investigación

Con el ojo puesto en el futuro de la transformación de cultivos, el Dr. Hayta afirma que las nuevas tecnologías de edición del genoma basadas en los sistemas CRISPR/Cas son campos muy rápidos en I+D. “Nuestro laboratorio ya está utilizando los sistemas CRISPR/Cas para editar genoma del trigo entre otros cultivos, como la cebada, las brassicas y el tomate. Ahora podemos hacer cosas que solo podíamos soñar hacer hace unos años. Este método de transformación del trigo debería permitir el avance de las tecnologías de edición del genoma en el trigo”, concluye el Dr. Hayta.

La codificación del ADN y la modificación genética es un campo de investigación muy amplio que puede ofrecer soluciones para acabar con el hambre global y alimentar a las poblaciones en crecimiento. La investigación del Reino Unido mostró que los retrotransponsons, o genes saltarines, alteran la expresión génica y las características físicas de las plantas. Esto podría permitir a los cultivos hacer frente mejor a las condiciones más extremas impulsadas por el clima cambiante, como ayudar a que sean resistentes a la sequía.

Los científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) del USDA y el Instituto Boyce Thompson (BTWI) identificaron genes raros para mejorar el sabor en los tomates. Los investigadores dicen que los mejoradores deberían poder aumentar el sabor de los tomates producidos en masa comprados en la tienda al tiempo que preservan los rasgos que los convierten en un cultivo económicamente ventajoso.


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